"Quais desafios técnicos a indústria química do carvão precisa superar no “13º Plano Quinquenal”?

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"Quais desafios técnicos a indústria química do carvão precisa superar no “13º Plano Quinquenal”? Autor/Fonte: Huahua Net – Indústria química baseada no carvão. Data: 18/03/2016. Número de cliques: 5. I. Revisão do desenvolvimento da indústria química baseada no carvão durante o período “12º Plano Quinquenal”. Durante esse período, houve consenso de que o rápido desenvolvimento da indústria química baseada no carvão foi um dos maiores pontos positivos no desenvolvimento da indústria petroquímica. Com a conclusão e entrada em operação de vários projetos-piloto de indústria química a base de carvão, os equipamentos modernos para produção dessa indústria, que contam com tecnologias de propriedade intelectual própria, passaram a ser utilizados em escala comercial, saindo assim do ambiente de laboratório. Trata-se de uma fase de desenvolvimento marcante: por um lado, houve avanços significativos nas tecnologias fundamentais da engenharia; por outro lado, houve um grande crescimento em termos de escala dos produtos. De qualquer forma, a indústria química baseada no carvão na China já está entre as mais avançadas do mundo. 1.1 Avanços significativos nas tecnologias centrais A tecnologia de gaseificação do carvão é uma tecnologia fundamental na indústria química baseada em carvão. Geralmente, os problemas na produção dos projetos relacionados à indústria química baseada em carvão estão relacionados à estabilidade da produção de gás a partir do carvão. Gaseificação: fornos de gaseificação com múltiplos bocais opostos. Já foram construídos 109 fornos desse tipo, dos quais 40 já estão em operação ； Foram construídos 72 fornos espaciais, dos quais 24 já estão em operação ； Os fornos Water Cooling Wall da Tsinghua, os fornos de dois estágios do Xi’an Thermal Engineering Institute, o Forno Wuhuan e o Forno Dongfang, entre outros, alcançaram avanços significativos nas tecnologias-chave para a gaseificação de carvão. De acordo com informações disponíveis, a utilização dos processos modernos de gaseificação permite a conversão de aproximadamente 200 milhões de toneladas de carvão em gás. Óleo a partir de carvão: A tecnologia de liquefação direta de carvão da Shenhua foi com sucesso aplicada no projeto-piloto de produção de óleo a partir de carvão em Baotou, com capacidade de 1 milhão de toneladas por ano ； O processo de liquefação indireta de carvão para produção de óleo, desenvolvido em conjunto pelo Instituto de Química do Carvão da Academia Chinesa de Ciências, em Shanxi, e pela empresa Zhongke Synthetic Oil, foi implementado em Itai, Lu’an e Shenhua Baotou. Foram construídos complexos de produção com capacidade de 160 mil toneladas por ano, e esses complexos já estão em operação com sucesso. Metanol, óleos aromáticos a partir do carvão: o processo DMTO da Dalian Institute of Chemical Technology para produção de óleos a partir de metanol resultou na construção de uma unidade piloto de MTO com capacidade de 600 mil toneladas/ano em Ordos, Shenhua. Esse projeto teve excelentes resultados ； A unidade de produção de propileno a partir de metanol da Shenhua Ningmei, com capacidade de 600 mil toneladas/ano, foi inaugurada e já gerou significativos benefícios econômicos ； Os dispositivos de teste desenvolvidos pela Tsinghua em parceria com a Huadian e a Sinochem, como o FMTA para a produção de aromáticos a partir de metanol em leito fluidizado, e o FMTP para a produção de propileno a partir de metanol, tiveram sucesso. Além disso, o processo de hidrogenação para a refinação de querosene, desenvolvido pelo Group CNPC, também resultou em um projeto piloto com capacidade de 450 mil toneladas por ano; a eficiência energética desse processo é superior a 70%. Etileno glicol produzido a partir de carvão: O Instituto de Pesquisa de Fuzhou, da Academia Chinesa de Ciências, bem como as empresas Pu Jing, Donghua, Wuhuan e Sinopec, desenvolveram tecnologias para a produção de etileno glicol a partir de carvão. Foram construídos mais de dez complexos industriais para essa finalidade, com uma capacidade total de produção de 1,65 milhão de toneladas por ano. Gás natural a partir de carvão: As unidades de produção de gás natural com capacidade de 1,3 bilhão de m³/ano, construídas pela Datang Keqi e pela Xinjiang Qinghua, já estão em operação. Em resumo, a química do carvão moderna contribuiu para a diversificação dos produtos petroquímicos do nosso país. 1.2 A escala da indústria química baseada no carvão tornou-se cada vez maior, e houve também a formação de clusters industriais. Durante o período “12º Plano Quinquenal”, os produtos derivados do carvão tiveram um desenvolvimento acelerado, tanto em termos de estrutura quanto de escala. Olefinas a partir de carvão: Já foram construídas e colocadas em operação 10 unidades de produção de olefinas. Cada unidade tem uma capacidade de produção de aproximadamente 600 mil toneladas por ano. A capacidade total de produção de olefinas é de quase 5 milhões de toneladas por ano ； Óleo a partir de carvão: Já foram construídas e colocadas em operação 5 unidades para produção de óleo a partir de carvão. A capacidade total de produção de óleo é de 2,4 milhões de toneladas por ano. Cada unidade tem uma capacidade de produção de 1 milhão de toneladas por ano ； Gás natural a partir de carvão: Já foram construídas 5 unidades para a produção de gás natural a partir de carvão. A capacidade de cada unidade é de 1,3 bilhão de m³/ano, 2 bilhões de m³/ano e 4 bilhões de m³/ano, respectivamente. A capacidade total chega a 17 bilhões de m³/ano ； Metanol produzido a partir de carvão: Já foram construídas instalações capazes de produzir cerca de 40 milhões de toneladas por ano de metanol. Cada unidade de produção tem uma capacidade de 600 mil toneladas por ano, 1 milhão de toneladas por ano ou 1,5 milhão de toneladas por ano ； Etileno glicol produzido a partir de carvão: Já foram construídos mais de dez complexos piloto para a produção de etileno glicol. Cada unidade tem uma capacidade de produção de 200 mil toneladas por ano; assim, a capacidade total de produção de etileno glicol é de 1,65 milhão de toneladas por ano. 1.3 Avanços na construção de parques industriais relacionados à indústria do carvão Houve progressos significativos na construção de parques industriais voltados para a indústria do carvão, principalmente nas regiões onde se produz carvão, como Inner Mongolia, Shaanxi, Ningxia, Shanxi e Xinjiang. Dentro dos parques industriais de química do carvão, incentivos como políticas governamentais e apoio local, além de mecanismos flexíveis e planos de desenvolvimento do parque, contribuíram para a criação de um número considerável de grandes complexos industriais de química do carvão e de instalações de geração de energia. A estrutura da base de indústria química a base de carvão em Ordos, na Região Autônoma de Inner Mongolia; da grande base de energia a base de carvão, eletricidade e olefinas em Ningdong, em Ningxia; e do parque industrial de indústria química a base de carvão em Zhundong, no Xinjiang, é extremamente favorável à integração das cadeias produtivas upstream e downstream das empresas modernas do setor químico a base de carvão. II. Assuntos-chave de pesquisa na indústria química do carvão durante o “13º Plano Quinquenal” Há muitos assuntos que precisam ser pesquisados na indústria química do carvão. Aqui, são listados apenas alguns deles, para resolver as necessidades mais urgentes. 2.1 Desafios relacionados ao planejamento da indústria química a base de carvão **Existem requisitos rigorosos para o planejamento de projetos modernos na área da indústria química a base de carvão; é necessário priorizar a instalação desses projetos em áreas onde há recursos de carvão e em regiões consideradas estratégicas para esse fim.** ； Deve-se dar prioridade a áreas onde os recursos hídricos são relativamente abundantes, onde a capacidade ambiental é boa e que estejam em conformidade com os planos de proteção ambiental ； Para instalar projetos de química do carvão em áreas que não possuem capacidade ambiental, é necessário primeiro realizar ajustes na estrutura econômica e adotar medidas como a substituição do consumo de carvão por outros materiais, de forma a liberar espaço ambiental. Além disso, devem ser utilizadas tecnologias avançadas de processo e técnicas de controle de poluição, a fim de minimizar a emissão de poluentes. 2.2 Desafios relacionados aos limites no uso dos recursos hídricos A China é um país com escassez de água. Há uma discrepância entre a distribuição dos recursos de carvão e dos recursos hídricos: nas regiões onde há carvão, não há água; nas regiões onde há água, falta carvão. As principais regiões produtoras de carvão e as bases de projetos de química do carvão estão localizadas, em sua maioria, em áreas com recursos hídricos relativamente escassos e ambiente ambientalmente frágil. A indústria química do carvão é uma indústria que consome grandes quantidades de água. Os principais fatores que exigem uso de água são: o vapor utilizado nas reações químicas, a água de resfriamento necessária para compensar as perdas por evaporação ou vazamentos, a água necessária para a desalinização, além da água potável para uso doméstico. Além disso, essa indústria gera grandes quantidades de águas residuais, o que representa uma grande ameaça ao meio ambiente. Se não forem adotadas medidas eficazes para economizar água, como tecnologias de resfriamento por circulação aberta, tecnologias de resfriamento a ar, tecnologias de recuperação de condensados em sistema fechado, bem como técnicas de uso e reutilização da água, o consumo de água por unidade e a quantidade de águas residuais geradas não diminuirão. Isso, por sua vez, afetará o planejamento dos projetos de química a base de carvão. 2.3 Problemas de poluição causados pela emissão de efluentes orgânicos em altas concentrações. Os efluentes orgânicos em altas concentrações provêm, principalmente, dos resíduos gerados no processo de gaseificação do carvão. A característica desses efluentes é que seus contaminantes são, em sua maioria, COD, sendo que esse valor geralmente está acima de 2.000 mg/L. Efluentes orgânicos de alta concentração, como os efluentes provenientes do setor petrolífero/químico, geralmente apresentam uma concentração de COD acima de 3.000 a 5.000 mg/L nos efluentes gerados pelos principais processos de produção. Em alguns casos, essa concentração pode chegar a mais de 10.000 mg/L ； Mesmo a água misturada de diferentes seções, em geral, tem um teor acima de 2.000 mg/L; em alguns casos, chega a atingir valores de dezenas de milhares de mg/L. O BOD das águas residuais de petróleo/químicos também é elevado. A razão entre seu BOD e COD é maior que 0,3. Esse tipo de efluente é relativamente fácil de tratar, mas, devido à grande quantidade de água, a escolha do processo adequado de tratamento não é feita corretamente, o investimento necessário não é realizado ou a concentração de poluentes é muito alta. Isso faz com que a água tratada não atinja os padrões exigidos. Por isso, a maioria das empresas envia esses efluentes diretamente para lagoas de evaporação, causando impactos negativos no meio ambiente circundante. 2.4 Problemas no tratamento de efluentes com altas concentrações de substâncias orgânicas difíceis de degradar. Existem muitos tipos de substâncias orgânicas difíceis de degradar. As principais características dessas substâncias são altas concentrações de matéria orgânica, alta dificuldade de degradação, alto teor de substâncias tóxicas, alto teor de óleos e alto teor de nitrogênio amoniacal, entre outros poluentes. A razão entre BOD e COD é muito menor que 0,3. Além de conter altas concentrações de nitrogênio amoniacal, as águas residuais da cokeração também contêm fenol, assim como seus derivados, como naftaleno, antraceno e benzenopireno, entre outros compostos policíclicos. Além disso, essas águas contêm sulfetos e outros elementos semelhantes. Nesse tipo de efluente, os compostos orgânicos são, em sua maioria, compostos aromáticos e heterocíclicos. Além disso, ele contém sulfetos, nitratos, metais pesados e compostos orgânicos tóxicos. Tem cor intensa, cheiro desagradável e exala um odor forte e nauseante. Possui também propriedades altamente ácidas ou alcalinas ； As águas residuais geradas por processos como a gaseificação a baixa temperatura de carvão de baixo teor de carbono e a pirólise têm composição muito complexa. É difícil tratá-las por meio de processos bioquímicos convencionais. Mesmo com a utilização de equipamentos para remoção de fenol e amônia, além de sistemas de recuperação, o COD das águas residuais orgânicas após o tratamento preliminar ainda permanece alto, indicando uma baixa biodegradabilidade. A dificuldade no tratamento biológico é, essencialmente, determinada pelas características das espécies que são difíceis de serem degradadas. Além de as condições do ambiente externo durante o processo de tratamento (como temperatura, pH, etc.) não atingirem as condições ideais para o tratamento biológico, existe também um motivo importante: a composição química e a estrutura dos próprios compostos são extremamente complexas. Além disso, nas comunidades microbianas não existem enzimas capazes de decompor esses compostos, o que faz com que eles sejam resistentes à degradação ； Ao mesmo tempo, as águas residuais contêm substâncias tóxicas para os microrganismos ou que podem inibir seu crescimento (orgânicas ou inorgânicas), o que impede que as substâncias orgânicas se degradem rapidamente. 2.5 Projeto de tratamento e recuperação de águas salinas de alta concentração. As águas residuais salinas de alta concentração se caracterizam por terem um alto teor de sal. Os sais presentes nas águas residuais salinas provêm, principalmente, das águas resultantes da lavagem do gás no processo de produção, das águas descartadas pelo sistema de água em circulação, das águas descartadas pelo sistema de dessalinização, das águas concentradas provenientes dos sistemas de reutilização, bem como da água fresca adicionada. Por exemplo, em um projeto de gás natural a partir de carvão, a quantidade de sal trazida pela água do Rio Amarelo, como água fresca, pode representar cerca de 60% do total de sal presente no sistema. Em seguida, vem a quantidade de sal gerada pelos produtos químicos utilizados no processo de produção e nos sistemas de água, com valores de 29% e 13,6%, respectivamente. O teor total de sais nas águas residuais geradas pela indústria química do carvão (TDS) geralmente fica entre 500 e 5.000 mg/L, ou até mesmo mais. Se a indústria química do carvão alcançar “zero emissões”, o resultado final será um sal misto, que contém vários sais inorgânicos e grandes quantidades de substâncias orgânicas. Esse sal misto resultante da evaporação e cristalização na indústria do carvão é considerado resíduo perigoso e está sujeito a controle rigoroso. Esse tipo de sal misto possui alta solubilidade; sua estabilidade e capacidade de solidificação são precárias. Ele pode se infiltrar no solo devido às chuvas, causando poluição secundária. Atualmente, existem poucos centros especializados em tratamento de resíduos capazes de lidar com esses sais mistos, e o custo de tratamento é muito alto. 2.6 Problema da homogeneização dos produtos da indústria química do carvão. A indústria química do carvão tem uma história curta, com pouco tempo de pesquisa e desenvolvimento. Além disso, os recursos investidos são limitados, e as tecnologias e equipamentos essenciais não podem ser totalmente dominados. Isso faz com que os produtos intermediários produzidos por essa indústria sejam muito semelhantes entre si, o que impede o desenvolvimento de uma cadeia produtiva mais extensa. Alguns produtos finais são de baixa qualidade, como o polietileno e o polipropileno, que são matérias-primas intermediárias. Eles não têm grande competitividade. Se não se seguir um caminho de diferenciação, isso levará a uma nova onda de excesso de capacidade produtiva. 2.7 Os desafios técnicos e econômicos causados pelos baixos preços do petróleo e do gás. Diante de preços elevados para esses recursos, a competitividade da indústria química baseada no carvão é inquestionável. Mas, na era de preços baixos do petróleo, como quando eles estão abaixo de 60 dólares/bbl ou 50 dólares/bbl, a vantagem competitiva em termos de custos da indústria química baseada no carvão enfrenta grandes desafios. Por isso, é muito importante encontrar medidas para lidar com isso, além de o governo federal adotar políticas de apoio. 2.8 Principais áreas de inovação tecnológica na indústria do carvão: primeiro, as tecnologias modernas para o controle de poluentes na indústria do carvão (tecnologias de tratamento e disposição de resíduos, bem como tecnologias de reciclagem de resíduos; tecnologias de economia de energia e água) ； Em segundo lugar, as tecnologias processuais essenciais para a modernização da indústria química a base de carvão (gaseificação moderna do carvão, purificação do gás sintético, síntese, e técnicas de utilização integrada e diferenciada dos diferentes tipos de carvão) ； Terceiro: tecnologias da cadeia de produtos derivados do carvão na indústria química moderna (tecnologias de materiais sintéticos, resinas sintéticas, borrachas sintéticas e outros materiais avançados; especialização em produtos químicos de alta precisão; tecnologias de alto valor agregado) ； Quarto, as tecnologias modernas de integração da indústria do carvão (tecnologias de combinação de produtos, tecnologias para aprimoramento de catalisadores, tecnologias de controle de informações e tecnologias para equipamentos de grande porte produzidos localmente) ainda oferecem grande espaço para inovações tecnológicas que podem ser desenvolvidas por esse setor. III. Regras que a indústria química baseada no carvão deve seguir durante o período “13º Plano Quinquenal” 3.1 Princípios básicos que a indústria química moderna baseada no carvão deve seguir Durante o período “13º Plano Quinquenal”, a tarefa da indústria química moderna baseada no carvão é desenvolver projetos de demonstração relacionados à eficiência energética, à proteção ambiental, à economia de água e à autonomia tecnológica. Por meio desses projetos, busca-se aperfeiçoar as tecnologias de inovação da indústria química moderna baseada no carvão, acelerando assim a transição para um uso mais sustentável do carvão. Isso contribui para fornecer um suporte sólido para o uso verde e integrado do carvão. Manter uma gestão responsável da água, controlando rigorosamente a construção de projetos em áreas com escassez hídrica ； Manter uma conversão eficiente e limpa da energia, reduzir o consumo de recursos e as emissões de poluentes, de acordo com as condições legais exigidas ； Manter a abordagem de exemplo em primeiro lugar, dando prioridade à implementação de projetos exemplares, e controlar o ritmo do desenvolvimento da indústria ； É necessário manter um planejamento científico e racional, proibindo a construção de projetos relacionados à indústria do carvão em áreas ecológicamente frágeis ou ambientalmente sensíveis ； Insistir na autonomia em termos de equipamentos tecnológicos, promovendo e aplicando tecnologias e equipamentos com direitos de propriedade intelectual próprios. 3.2 A indústria química baseada no carvão moderna deve seguir regras rígidas quanto à sua localização. A instalação de unidades industriais relacionadas ao carvão deve ocorrer dentro de parques industriais, respeitando os planos de desenvolvimento do parque e as exigências ambientais. Não se devem estabelecer fábricas nas seguintes regiões: aquelas que já atingiram ou ultrapassaram os limites estabelecidos para o controle da quantidade total de poluentes, dos recursos hídricos ou do consumo de energia ； As áreas de função ecológica importante, cujo desenvolvimento é restrito ou proibido, conforme definido no “Plano Nacional de Zonas Funcionais”, bem como outras áreas que necessitam de proteção especial ； Dentro de 2 km das fronteiras da área de planejamento urbano, dentro de 1 km dos lados dos principais rios, estradas e ferrovias, e dentro da distância de proteção sanitária das áreas residenciais. Escolher o local errado pode levar a consequências graves, como a rejeição do relatório de impacto ambiental da indústria química a base de carvão moderna. Projetos de química do carvão que causam danos significativos ao meio ambiente não podem ser aprovados. 3.3 A indústria química baseada no carvão moderna deve seguir padrões mais rigorosos de economia de água. É necessário que essa indústria adote medidas eficazes para reduzir o consumo de água fresca. Nas regiões que atendem aos requisitos, deve-se dar prioridade ao uso da água retirada das minas e à água reutilizada ； As áreas costeiras devem utilizar a água do mar como meio de resfriamento em circuito fechado ； Em áreas com escassez de água, devem ser priorizadas medidas de economia de água, como resfriamento a ar e ciclos fechados ； A utilização de águas superficiais não deve comprometer o uso de água para fins ecológicos, para uso doméstico e para a agricultura ； É proibido usar águas subterrâneas como água para produção. Através da utilização de tecnologias e equipamentos que economizam água, como resfriamento por ar, ciclo fechado e produção de pasta a partir de águas residuais, busca-se maximizar a eficiência no uso da água. A taxa de reutilização da água industrial não deve ser inferior a 97%, e a taxa de reutilização da água de resfriamento não deve ser inferior a 98%. Para novos projetos, além de se considerarem os dados reais de projetos já em operação, também é necessário otimizar o uso da água durante a fase de projeto, seguindo os princípios de “uso intensivo de água quando ela é abundante, uso reduzido quando ela é escassa, separação entre água limpa e suja, e utilização eficiente da água”. 3.4 A indústria química baseada no carvão moderna deve seguir padrões mais rigorosos para a emissão de gases poluentes. As emissões provenientes dessa indústria devem levar em consideração a capacidade ambiental local. De acordo com o “Plano de Ação para o Uso Limpo e Eficiente do Carvão (2015–2020)”, é necessário que as emissões de poluentes atmosféricos e de águas residuais atendam aos mais rigorosos requisitos ambientais. Portanto, devem ser aplicados os padrões de emissão de poluentes da indústria petroquímica (GB 31571–2015). Controlar rigorosamente o aumento das emissões de poluentes, considerando a quantidade total de emissões como condição prévia para a aprovação dos projetos ambientais, determinando os projetos com base nessa quantidade total. Em novos projetos, a emissão de dióxido de enxofre, óxidos de nitrogênio, poeiras industriais e compostos orgânicos voláteis deve ser reduzida por meio de alternativas que permitam aumentar a produção sem aumentar as emissões poluentes. Para as áreas sob controle rigoroso e para as cidades onde a qualidade do ar está acima dos padrões, os novos projetos devem ter uma redução de 2 vezes na quantidade de emissões em relação às fontes existentes na região. Nas áreas com controle geral, a redução necessária é de 1,5 vez. 3.5 A indústria química baseada no carvão deve seguir os padrões de controle eficaz dos compostos orgânicos voláteis. É necessário seguir rigorosamente o “Plano de Controle Integrado dos Compostos Orgânicos Voláteis na Indústria Petroquímica”, publicado pelo Ministério do Meio Ambiente em 2014. Quanto aos VOCs, seu controle deve ser feito de acordo com as exigências estabelecidas nas normas GB 31570 “Padrões de Emissão de Poluentes na Indústria de Refino de Petróleo” ou GB 31571 “Padrões de Emissão de Poluentes na Indústria Química do Petróleo”, dependendo do tipo de produto produzido pelo projeto. É fundamental dar grande importância ao controle das emissões de compostos orgânicos voláteis nos projetos da indústria química baseada no carvão. Com base nisso, verificar de forma abrangente a situação das emissões de compostos orgânicos voláteis. Devem ser adotadas medidas nos pontos de vedação estática e dinâmica dos equipamentos, no armazenamento e carregamento/descarregamento de líquidos orgânicos, nos sistemas de coleta, armazenamento temporário e tratamento de águas residuais, bem como no preparo e armazenamento de carvão, a fim de controlar efetivamente a emissão de compostos orgânicos voláteis (COVs), substâncias malcheirosas e poluentes tóxicos e nocivos. Aperfeiçoar as medidas de controle das emissões não organizadas de substâncias orgânicas voláteis em equipamentos como separadores de gás/água, sistemas de recuperação de fenol e amônia, tanques de armazenamento de água, bem como sistemas de gasificação, purificação e recuperação de enxofre. No processo de tratamento de águas residuais, devem ser adotadas medidas específicas, de acordo com a concentração de compostos orgânicos voláteis. Durante a coleta, armazenamento e tratamento de águas residuais, resíduos líquidos e sólidos, devem ser tomadas medidas eficazes de contenção e coleta dos compostos orgânicos voláteis que podem se dissipar, a fim de garantir que os gases residuais atendam aos padrões exigidos após o tratamento. Gases residuais emitidos de forma anormal devem ser tratados em equipamentos especializados ou em chaminés, sendo estritamente proibida sua emissão direta. 3.6 A indústria química a base de carvão moderna deve seguir padrões rigorosos de redução das emissões de CO2. Os projetos relacionados a essa indústria devem minimizar as emissões de CO2 por meio da otimização dos processos e do aumento da eficiência energética. Deve-se aproveitar ao máximo as vantagens decorrentes da alta concentração de CO2 produzido nessa indústria, que facilita sua captura. Devem ser exploradas também maneiras de tratar esse CO2, como a extração de petróleo por meio de gás, o armazenamento geológico, e a utilização de microalgas para produzir óleo. Além disso, podem ser utilizados produtos como ureia, amônio carbonato, dimetilcarbonato, metanol, PC, plásticos biodegradáveis, além da conversão do CO2 em CO com ajuda de oxigênio, e ainda a utilização do metanol produzido a partir de gás natural para compensar as emissões de CO2. 3.7 A indústria química a base de carvão moderna deve seguir padrões mais rigorosos para a emissão de efluentes. O tratamento e a disposição dos efluentes provenientes dessa indústria devem seguir os princípios de separação entre águas limpas e poluídas, tratamento adequado dos resíduos, tratamento avançado e reutilização das águas de acordo com sua qualidade. Devem ser utilizadas tecnologias que já tenham sido testadas em escala industrial ou em pilotos, e que sejam economicamente viáveis. Em áreas que possuem corpos d’água capazes de receber efluentes, devem ser construídos projetos modernos de indústria química a base de carvão. A emissão de efluentes (incluindo aqueles contendo sal) deve atender aos padrões estabelecidos para a emissão de poluentes, e é necessário garantir que os corpos d’água superficiais cumpram com as exigências necessárias para o uso dessas águas em áreas downstream. A construção de projetos modernos de química do carvão em áreas sem corpos d’água para retenção de resíduos não deve poluir águas subterrâneas, ar, solo, etc. Os sais impuros que se cristalizam nas águas residuais de alta concentração provenientes da indústria do carvão são considerados resíduos sólidos perigosos, pois contêm substâncias orgânicas e pequenas quantidades de metais pesados. Esses sais impuros devem ser totalmente utilizados ou tratados de forma segura. Atualmente, as tecnologias para o aproveitamento desses sais ainda estão em fase de desenvolvimento, e existem limitações relacionadas aos padrões dos produtos finais. Portanto, é necessário dar grande atenção às medidas e tecnologias eficazes para o tratamento de águas residuais com alto teor de sal. 3.8 A indústria química a base de carvão moderna precisa intensificar os esforços de inovação nas tecnologias processuais fundamentais. É necessário aumentar ainda mais o investimento em inovações relacionadas às tecnologias processuais, técnicas de engenharia e tecnologias de controle ambiental, com o objetivo de alcançar avanços nas áreas técnicas mais importantes. As tecnologias de processo do projeto, as tecnologias de engenharia e as técnicas de controle para reduzir o consumo de energia e as emissões poluentes devem atender aos requisitos da **política industrial**, adotando processos aprimorados com alta eficiência na conversão de energia e baixa intensidade de emissões de poluentes. Na fase de demonstração setorial, deve-se assumir tarefas de demonstração em matéria de proteção ambiental, nas áreas de utilização eficiente e diferenciada do carvão, uso combinado de recursos e energia, e desenvolvimento de tecnologias para controle da poluição (como tecnologias de tratamento de águas residuais, planos de disposição dessas águas, e métodos de utilização e disposição de sais cristalinos). Além disso, devem ser propostas medidas para lidar com situações em que as tecnologias de demonstração não atingem os resultados esperados. Ao mesmo tempo, há restrições rigorosas à utilização como carvão de matéria-prima ou combustível de tipos de carvão com alto teor de alumínio, arsênio, flúor, óleo e outros elementos raros, cujos processos de processamento, tecnologias de controle da poluição ou técnicas de uso integrado ainda não estão desenvolvidos. IV. Avanços na modernização das tecnologias de processamento do carvão durante o período “13º Plano Quinquenal”: Tecnologias modernas para o controle de poluentes na indústria de processamento do carvão ； Tecnologias-chave da química do carvão moderna ； Tecnologia da cadeia de produtos derivados da química do carvão moderna ； A tecnologia de integração e couplagem da química do carvão moderna é fundamental para o desenvolvimento e a sobrevivência da indústria de química do carvão moderna durante o período “13º Plano Quinquenal”. Foco na resolução de problemas ambientais, de sobrevivência, técnicos-econômicos e de competitividade. “Durante o período do 13º Plano Quinquenal, é necessário promover de forma ordenada a industrialização da química do carvão moderna e projetos-piloto de atualização tecnológica, além de padronizar os processos de avaliação, de modo a ter clareza em três aspectos. Primeiro, é necessário dominar os principais indicadores relacionados ao consumo de materiais, energia, água, bem como às emissões de resíduos nos projetos-piloto. Isso inclui a eficiência na conversão de energia nesses projetos, além das taxas de emissão de dióxido de enxofre (SO2), óxidos de nitrogênio (NOx) e dióxido de carbono (CO2) ； Em segundo lugar, é necessário conhecer a carga de produção dos projetos exemplares, bem como as condições de funcionamento de cada unidade e equipamento em movimento; os tipos e indicadores de qualidade dos produtos; as medidas de segurança e proteção ambiental; o nível de investimento e os benefícios econômicos. Isso permite avaliar se esses indicadores atingem os valores previstos no projeto ； Terceiro, é necessário adquirir experiência na operação de projetos exemplares, além de resumir, identificar e analisar os problemas existentes, a fim de fornecer uma base de dados confiável para otimizar ainda mais as operações e realizar melhorias técnicas. 4.1 Tecnologia EBA para o tratamento de efluentes contendo substâncias orgânicas de alta concentração e de difícil degradação. Nos processos atuais de gaseificação do carvão, utiliza-se a gaseificação a baixa temperatura de carvões de baixa qualidade, como os fornos tipo Lurgi. Durante o processo de gaseificação, os componentes leves do carvão se transformam em alcatrão, fenóis, amônia, alcanos, aromáticos, heterociclos, além de nitrogênio amoniacal, cianeto, piridina e alquilpiridinas. Essas substâncias são produzidas simultaneamente com o gás natural. Nos processos subsequentes de lavagem, resfriamento e purificação do gás, a maior parte dessas substâncias acaba se misturando com a água contida no gás. Trata-se de um tipo típico de efluentes com alta concentração de materiais orgânicos difíceis de serem degradados. Além disso, esses efluentes são em grandes quantidades, tóxicos e perigosos, e sua composição é complexa, o que dificulta seu tratamento. O processo EBA visa o tratamento exploratório de efluentes com alta concentração de fenol e amônia, gerados por fornos tipo Lurgi, fornos BGL e processos de pirólise a baixas temperaturas. Embora esses efluentes sejam tratados por meio de processos de recuperação de fenol e amônia, sua composição ainda é complexa e perigosa quando chegam ao sistema de tratamento biológico. Nesses efluentes, a concentração de compostos de fenol pode chegar a 200–1.000 mg/L, enquanto a concentração de nitrogênio amoniacal pode chegar a 100–300 mg/L. Esse processo utiliza técnicas para melhorar a biodegradabilidade das águas residuais, reduzir sua toxicidade e aumentar a atividade do lodo, de modo que as águas resultantes do tratamento de resíduos com altas concentrações de fenol e amônia possam atender aos padrões necessários para serem reutilizadas. Essa tecnologia, como um caminho de processamento, ainda precisa ser mais verificada e aprimorada. 4.2 Tecnologia de economia de água em sistemas de resfriamento por circulação a ar fechada. Nos sistemas de resfriamento por circulação a ar fechada, utiliza-se água macia ou água desmineralizada como fluido de resfriamento. Essa água absorve o calor dos equipamentos de troca térmica, aumentando sua temperatura. Em seguida, ela entra nos resfriadores a ar de tipo membrana ou nos resfriadores combinados, onde é pré-resfriada. Depois disso, ela passa pelos tubos de pulverização, onde o ar externo e a água de pulverização absorvem seu calor. Após isso, a água é pressionada pela bomba de circulação e levada de volta aos equipamentos de troca térmica. A água macia é utilizada em ciclos fechados, sem entrar em contato com o ar externo, realizando assim o processo de transferência de calor por absorção e emissão de calor. Esse processo substitui os sistemas tradicionais de resfriamento por água em indústrias, utilizando resfriadores a ar com membrana de água, que são mais econômicos em termos de energia, ou resfriadores a ar combinados, em vez de torres de resfriamento. Dessa forma, é possível manter a temperatura da água de resfriamento dentro dos limites necessários para as diferentes operações industriais. Além disso, esse método permite economizar água, reduzir a formação de incrustações nos tubos e equipamentos, e prolongar a vida útil dos mesmos. Trata-se de uma solução para a economia de água, que ainda precisa ser testada e aprimorada. 4.3 Tecnologia de tratamento e utilização integrada do sal resultante da cristalização de água salgada de alta concentração A técnica de evaporação e cristalização em vários estágios para obter sais mistos a partir de água salgada de alta concentração foi testada em determinados projetos de fertilizantes da CMTC (fornos BGL). No entanto, ainda existem problemas relacionados à utilização integrada desses sais mistos. Considerando a dificuldade em utilizar de forma integrada os sais cristalinos produzidos na indústria do carvão, a pesquisa sobre a cristalização por evaporação como meio de tornar esses sais inofensivos e aproveitáveis como recursos é uma direção viável para alcançar o objetivo de “zero emissões”. São necessários experimentos em escala piloto para isso. Só após a comprovação da viabilidade técnico-econômica e da confiabilidade operacional das medidas de controle da poluição é que se pode determinar se há permissão para sua implementação. Técnicas de separação por cristalização e utilização integrada, que permitem a separação do cloreto de sódio e do sulfato de sódio por meio de processos de cristalização sequencial, bem como o manejo das grandes quantidades de substâncias orgânicas presentes na água salgada concentrada. No entanto, ainda não existem dados experimentais que comprovem a eficácia desses processos de cristalização sequencial. Além disso, os padrões de qualidade atuais para o cloreto de sódio e o sulfato de sódio na China não são aplicáveis à produção de sal a partir de águas residuais industriais. Quando essa tecnologia fornecer um caminho para o uso integrado de água salgada de alta concentração, ainda será necessário realizarem mais testes. 4.4 Tecnologias de utilização integrada e diferenciada do carvão de baixa qualidade (lignito) – A tecnologia de utilização integrada e diferenciada do carvão de baixa qualidade (lignito), que combina processos como pré-tratamento, gaseificação, síntese, geração de energia e fornecimento de calor, representa uma técnica moderna de processamento de carvão com grande potencial de desenvolvimento. É uma tendência atual o estudo e desenvolvimento de processos de pirólise a baixas (médias, altas) temperaturas, em leitos fluidizados ou fixos, com objetivo de extrair produtos como alcatrão, gás de destilação e semi-carvão. Essa tecnologia pode gerar diversas combinações técnicas. Por meio da combinação das técnicas de pirólise e gaseificação do semi-carvão, o gás quente produzido pela gaseificação do pó de semi-carvão é utilizado como agente térmico para realizar a pirólise em contato direto e reverso. Dessa forma, é possível utilizar de maneira eficiente e adequada o calor contido no gás quente, além de realizar a pirólise gradual do carvão de baixa qualidade. Especialmente no caso do carvão de baixo grau, que possui um alto teor de óleo, a pirólise em temperaturas médias e baixas (550–850 °C) permite a extração de componentes leves como alcatrão e gás natural. Ao mesmo tempo, obtém-se um material limpo com alto valor calórico ； O gás é usado para produzir hidrogênio ou metano ； O alcatrão de carvão, após tratamentos como a extração de fenóis, é submetido a uma reação de craqueamento catalítico com hidrogênio, gerando nafta e frações de diesel ； O semicarvão, após a remoção das substâncias voláteis, possui um valor calorífico maior e é mais limpo do que o carvão bruto. Pode ser utilizado para a geração de gás sintético, que por sua vez pode ser usado na produção de produtos químicos. Além disso, pode ser usado como combustível de alta qualidade para uso doméstico e em usinas elétricas, permitindo assim um uso eficiente e sustentável do carvão. 4.5 Técnicas de refino e preparação do alcatrão de carvão O alcatrão de carvão obtido por meio da pirólise de carvão de baixa qualidade e do processo de coqueificação apresenta três grandes desafios no seu refino: remoção de poeiras presentes nos gases a altas temperaturas, tratamento das águas residuais resultantes da pirólise e técnicas de processamento do alcatrão. Todos esses fatores têm um impacto significativo na utilização integrada desse produto. A separação de óleos/poeiras no gás a altas temperaturas, o tratamento e reaproveitamento das águas residuais resultantes da pirólise, que possuem alta concentração de alcatrão, fenóis, benzeno, nitrogênio amônico e COD, além do aumento do tamanho dos equipamentos, constituem os três principais desafios na pirólise de carvão em pó ou de carvão bruto. Esses também são os três obstáculos que precisam ser superados para o uso seletivo e diferenciado do carvão de baixa qualidade. Por exemplo, a tecnologia de pirólise rotativa de carvão pulverizado de baixo grau para a produção de carvão antracítico permite que os gases quentes utilizados no processo de secagem do carvão pulverizado também eliminem as partículas de poeira de carvão com tamanho inferior a 0,2 mm. Isso reduz significativamente a quantidade de poeira de carvão presente no alcatrão resultante do processo de pirólise. Além disso, a tecnologia de separação por centrifugação de alta velocidade permite a separação eficiente do alcatrão que contém pequenas quantidades de poeira de carvão, resolvendo assim o problema da dificuldade em separar essa poeira durante o processo de pirólise do carvão pulverizado. A tecnologia de destilação de alcatrão de carvão em temperaturas médias e baixas integra a técnica de catálise retardada do alcatrão de carvão. Dessa forma, é possível obter nafta e frações de diesel por meio da hidrogenação do alcatrão, superando assim os desafios relacionados à pirólise do carvão em blocos, à produção de hidrogênio a partir de gás residual, bem como às limitações na utilização de equipamentos de hidrogenação em leito fixo para alcatrão de carvão em temperaturas médias e baixas ； A tecnologia de hidrogenação de todo o espectro do alcatrão de carvão em temperaturas médias/baixas, que gera grandes quantidades de óleos intermediários (FTH), tornou-se o primeiro sistema industrial de demonstração do tipo em todo o mundo para a hidrogenação de todo o espectro do alcatrão de carvão em leitos fixos ； A tecnologia CGPS permite que o carvão com tamanho de partículas inferior a 25 mm seja distribuído de forma seletiva no forno de esteira, formando assim camadas móveis de partículas. Utilizando camadas filtrantes compostas por diferentes tamanhos de partículas de carvão, é possível aplicar princípios de filtração como colisões inerciais, deposição por difusão, deposição gravitacional, intercepção direta e atração eletrostática. Isso permite uma eficiente remoção de poeira do gás resultante da pirólise (taxa de remoção de poeira superior a 96%, com teor de poeira no alcatrão reduzido para menos de 0,32 g/m3). 4.6 Tecnologia de gaseificação de carvão limpo de grande escala com baixo consumo energético. A gaseificação moderna é a tecnologia central nas instalações de processamento do carvão. A escolha do carvão utilizado como matéria-prima afeta diretamente a eficiência energética, os aspectos ambientais, a segurança, o investimento e os benefícios dos projetos de processamento do carvão modernos. As tendências e direções do desenvolvimento da gaseificação moderna devem estar de acordo com as características do nosso país, que possui vários tipos de carvão e composições complexas. Deve-se sempre buscar processos de gaseificação aprimorados que apresentem alta taxa de conversão do carvão, alta eficiência na gaseificação, alto rendimento produtivo, baixo consumo energético, custos reduzidos e características ecológicas positivas. As tecnologias de gaseificação sob pressão para pó de carvão seco/pulverizado com água/carvão fragmentado em leitos fluidizados ou em leitos móveis devem ser ainda mais aprimoradas, integradas e acopladas, além disso, é necessário utilizar equipamentos de maior porte. Por exemplo, deve-se desenvolver tecnologias de leitos fluidizados com múltiplos bocais, capazes de processar 3.000 t/d ou mais, visando uma produção estável, operação por longos períodos e redução dos custos de investimento ； Desenvolver tecnologia de leito fluidizado com resfriamento por pressão para carvão em pó, com capacidade de 3.000 t/d ou mais, a fim de aumentar a taxa de conversão do carvão, a eficiência da gasificação e a produtividade efetiva, além de garantir uma produção estável e reduzir os custos ； Desenvolver tecnologia de leito fixo sob pressão para a trituração de carvão com capacidade de 1.600 t/d ou mais, aumentar a taxa de conversão do carbono na gasificação sob pressão, a eficiência do processo e o tamanho dos equipamentos utilizados. Além disso, é necessário reduzir o consumo de vapor, bem como as quantidades de águas residuais geradas e a necessidade de seu tratamento ； Desenvolver tecnologia de gaseificação de slurry de carvão úmido com capacidade de 3.000 t/d ou mais, visando baixos investimentos, estabilidade, operação por longos períodos, escalonamento em larga escala, compatibilidade com diversos tipos de carvão e redução do consumo. Diversas tecnologias modernas de gaseificação de carvão devem alcançar novos avanços e desenvolvimentos em áreas técnicas importantes, como o tratamento de águas residuais, a reciclagem de resíduos e a redução da concentração de água salgada. A gaseificação total de carvão deve ser combinada com a indústria química baseada em carvão, com sistemas de geração de energia por ciclo combinado, bem como com usinas de geração de energia de grande porte em regime supercrítico ； É necessário obter avanços significativos nas técnicas de combinação entre a cozedura a quente, a pirólise a baixas temperaturas e diferentes tecnologias de gaseificação do carvão, bem como no que diz respeito à integração das técnicas de controle de poluentes. Os principais pontos a serem melhorados são: remoção eficaz de poeiras, recuperação de enxofre e técnicas de remoção de nitrogênio ； Técnicas de tratamento de águas residuais, como recuperação de fenolaminas, produção de pasta a partir de águas residuais e adsorção por carvão ativo ； Técnicas de couplagem, como geração de energia em ciclo combinado e geração de energia supercrítica em grande escala ； Devem ocorrer avanços significativos nas tecnologias de controle de poluentes, como a coqueificação, a pirólise a baixa temperatura e as técnicas de combinação entre diferentes métodos de gaseificação do carvão. É necessário desenvolver tecnologias core de atualização para a gaseificação de carvão limpo, com direitos de propriedade intelectual próprios, nas áreas de remoção eficiente de poeira, desulfuração, dessulfurização, recuperação de fenol e amônia, produção de pasta a partir de águas residuais, adsorção por carvão ativado, entre outras técnicas de tratamento de águas residuais, bem como em tecnologias relacionadas a fornos de gaseificação de grande porte, fornos de pirólise, torres de síntese e caldeiras de resfriamento de resíduos térmicos. 4.7 Tecnologias avançadas de purificação de gás sintético: Com base na assimilação de tecnologias de purificação de gás desenvolvidas no país e no exterior, foram criadas tecnologias inovadoras de purificação de gás sintético, que possuem direitos de propriedade intelectual próprios. Melhorar os processos de conversão, por exemplo: (1) Desenvolver tecnologias para a conversão de monóxido de carbono em grandes escalas, aumentando a resistência dos catalisadores à presença de enxofre e sua eficiência em diferentes temperaturas. Além disso, é necessário otimizar a integração desses catalisadores para que possam atender às diversas necessidades relacionadas à síntese de gás de coque limpo. Isso permite aumentar a taxa de conversão do monóxido de carbono, reduzir o consumo de vapor e energia, além de diminuir os custos de investimento ； (2) Tecnologia de remoção de dióxido de carbono: desenvolvimento de processos de lavagem a baixa temperatura para purificação do gás sintético, capazes de produzir mais de 1 milhão de toneladas/ano de álcool. Isso permite a criação de processos eficazes para a remoção em larga escala de dióxido de carbono, além de equipamentos como torres de absorção adequadas para esse fim. Tecnologias de integração de diferentes processos de purificação, com utilização integrada do dióxido de carbono em técnicas de extração de petróleo e gás. Tecnologia de separação de ar em grande escala, com capacidade superior a 70.000 m3/h, além de compressores de gás de produção nacional de grande porte, compressores de ar de ciclo fechado e tecnologia para equipamentos mecânicos de grande tamanho ； (3) Desenvolver tecnologias de desulfuração e recuperação de enxofre, bem como técnicas de separação de monóxido de carbono e dióxido de carbono. Isso é feito por meio da combinação de processos como adsorção, PSA, separação por membranas e destilação a baixa temperatura, a fim de atender às necessidades de separação de gases com diferentes composições, em diferentes escalas e para diferentes produtos. 4.8 Tecnologias de síntese de metanol em larga escala: O processo de síntese caracterizado pela utilização de vapor como subproduto é a tendência dominante no desenvolvimento das tecnologias de síntese de metanol. O desenvolvimento de tecnologias avançadas para a síntese de metanol deve focar nos seguintes aspectos: (1) Aperfeiçoamento dos processos de reatores de síntese de metanol que utilizam múltiplos estágios adiabáticos e troca de calor entre os estágios. É necessário dominar o design de processos com duas torres conectadas em série. Além disso, é preciso buscar maneiras de aumentar o tamanho dos reatores de síntese de metanol, superando assim as limitações relacionadas ao tamanho máximo permitido ； (2) Processo de reator de síntese de metanol com resfriamento intermitente entre as fases de digestão e absorção; permite reduzir o consumo energético na síntese de metanol, ao mesmo tempo em que se aumenta seu tamanho ； (3) Pesquisar e desenvolver dispositivos de demonstração para reatores de síntese de metanol em leito de pasta, a fim de melhorar a capacidade de troca de calor dos reatores de metanol e prolongar a vida útil do catalisador. Conclusão: Durante o período do “12º Plano Quinquenal”, a inovação tecnológica sempre foi um ponto forte no desenvolvimento das empresas modernas de química do carvão. No período do “13º Plano Quinquenal”, a inovação tecnológica certamente se tornará ainda mais importante. A inovação tecnológica não se resume apenas a invenções originais, mas também à integração de tecnologias que possuem grande valor aplicacional. Por meio da reorganização das tecnologias individuais relacionadas à indústria do carvão, bem como das tecnologias de engenharia, de informática e de controle ambiental, é possível criar um conjunto de tecnologias atualizadas com funcionalidades integradas. Além disso, busca-se criar uma nova marca para a indústria moderna do carvão. A indústria química baseada no carvão moderna enfrentará, na nova realidade econômica, mais desafios, maiores e mais difíceis. Porém, ao mesmo tempo, ela também terá oportunidades estratégicas, o que poderá contribuir positivamente para o desenvolvimento da indústria petrolífera e química do nosso país, ajudando-o a passar de um país de grande porte para um país poderoso.